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技術(shù)分享:基于DSP和OZ890的電池管理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2014-10-16 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】電池管理系統(tǒng)電路由電源模塊、DSP芯片 TMS320LF2407A(簡(jiǎn)稱(chēng)“LF2407”)、基于多個(gè)OZ890的數(shù)據(jù)采集模塊、I2C通信模塊、SCI 通信模塊、CAN通信模塊組成。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)計(jì)算、均衡控制、熱管理、各種通信以及故障診斷等功能。
 
本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)計(jì)算、均衡控制、熱管理、各種通信以及故障診斷等功能。
 
圖1:系統(tǒng)硬件組成框圖
 
1、電源模塊
 
整車(chē)提供的電源為+12V,管理系統(tǒng)需要的電壓包括:+3.3V(DSP,隔離電路用)、+5V(總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)等芯片用)、±15V(電流傳感器),可以通過(guò)DC-DC 轉(zhuǎn)換得到,這樣不但可以滿(mǎn)足各個(gè)芯片的供電要求而且可以起到隔離抗干擾的作用。
 
2、數(shù)據(jù)采集模塊
 
由DSP 完成總電壓、電流及溫度的采集。電池單體電壓的采集和均衡由OZ890 芯片完成,并利用I2C 總線(xiàn)發(fā)給DSP,本模塊電路主要包括前端采集處理和均衡電路。
 
3、I2C 通信模塊
 
OZ89采樣模塊將采集處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線(xiàn)發(fā)送到LF2407,由于LF2407自身不帶I2C 接口,本設(shè)計(jì)利用PCA9564擴(kuò)展其I2C接口。為了防止電磁干擾影響I2C總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的傳輸,必須對(duì)總線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行隔離,考慮到I2C 總線(xiàn)是雙向傳輸?shù)?,使用ADuM1250雙向隔離芯片進(jìn)行隔離。PCA9564及雙向隔離電路如圖2所示。
 
 
圖2:PCA9564 及雙向隔離電路
 
PCA9564 是I2C 總線(xiàn)擴(kuò)展器,與LF2407 的GPIO 口相連,它支持主從模式的數(shù)據(jù)收發(fā),在BMS中設(shè)定LF2407為主器件,OZ890位從器件。LF2407通過(guò)讀寫(xiě)PCA9564內(nèi)部四個(gè)寄存器的內(nèi)容來(lái)與OZ890 信。
 
ADuM1250是熱插拔數(shù)字隔離器,包含與I2C接口兼容的非閂鎖、雙向通信通道。這樣就不需要將I2C信號(hào)分成發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)供單獨(dú)的光電耦合器使用。
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4、串口通信模塊
 
電池管理系統(tǒng)將采集處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)界面上,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通過(guò)串口界面,可以觀察到電池的總電壓、單體電壓、電流、SOC、故障狀態(tài)、充放電功率等參數(shù),還可以通過(guò)串口發(fā)送實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)的在線(xiàn)標(biāo)定。其硬件電路主要基于MAX232芯片,如圖3a)所示。
 
 
圖3:串口通信接口電路
 
MAX232 是+5V電源的收發(fā)器,與計(jì)算機(jī)串口連接,實(shí)現(xiàn)RS-232接口信號(hào)和TTL 信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換,使BMS 和PC 機(jī)能夠進(jìn)行異步串行通訊。為了防止電磁干擾影響串口上數(shù)據(jù)的傳輸,必須對(duì)總線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行隔離。串口是單向傳輸,所以利用6N137光電耦合較為方便,圖 3b)所示為232TXD 信號(hào)光耦隔離電路。
 
5、CAN通信模塊
 
CAN通信是架接電池管理系統(tǒng)(BMS)與整車(chē)HCU 之間的信息橋梁,BMS將電池的狀態(tài)參數(shù)通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)給HCU,HCU 通過(guò)判斷當(dāng)前的電池狀態(tài)來(lái)做出決策,分配電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的功率,控制電池的充放電。同時(shí)BMS還可以接收HCU 發(fā)來(lái)的相關(guān)命令,做出相應(yīng)的處理。其硬件方面主要是通過(guò)PCA82C250通用CAN收發(fā)器來(lái)提供對(duì)總線(xiàn)數(shù)據(jù)的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)通信總線(xiàn)數(shù)據(jù)的差動(dòng)接收能 力。通過(guò)類(lèi)似于圖3b)的光耦隔離電路來(lái)加強(qiáng)CAN 總線(xiàn)上的抗干擾能力。其硬件電路由圖4 所示。
 
 
圖4:CAN通信接口電路
 
在電路中可根據(jù)整車(chē)要求,是否接入120Ω的終端電阻,當(dāng)JP201跳線(xiàn)接1腳和2腳時(shí),不接入電阻,當(dāng)接2腳和3腳時(shí),電阻接入。
 
根據(jù)整車(chē)控制策略,CAN 上電池狀態(tài)數(shù)據(jù)每幀的刷新周期為10ms,故設(shè)置周期中斷的時(shí)鐘節(jié)拍為10ms;相應(yīng)地設(shè)置以上幾個(gè)任務(wù)的執(zhí)行周期均為10ms。
 
 
圖5:周期時(shí)鐘節(jié)拍圖
 
從圖5中可以看出,系統(tǒng)初始化完成以后,Time1 開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)達(dá)到5ms 時(shí),在A 點(diǎn)發(fā)生周期中斷,然后進(jìn)入周期中斷子程序,啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)換,通過(guò)I2C 總線(xiàn)讀取OZ890 中的數(shù)據(jù)。AD 轉(zhuǎn)換完畢后,軟件觸發(fā)ADC 中斷保存數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理,清除周期中斷標(biāo)志。當(dāng)達(dá)到10ms時(shí),發(fā)生下溢中斷,進(jìn)入下溢中斷服務(wù)子程序,執(zhí)行CAN 發(fā)送任務(wù)、SOC計(jì)算任務(wù)、系統(tǒng)監(jiān)視故障診斷任務(wù)、串口發(fā)送任務(wù)。另外,CAN 接收和串口接收?qǐng)?zhí)行采用中斷觸發(fā)方式。利用周期中斷和下溢中斷來(lái)劃分任務(wù)執(zhí)行時(shí)間區(qū)域不僅能夠滿(mǎn)足整車(chē)10ms。
 
每幀數(shù)據(jù)的CAN發(fā)送要求,而且每一個(gè)任務(wù)時(shí)間也都能通過(guò)計(jì)數(shù)器和標(biāo)志位的狀態(tài)來(lái)計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間,以便更好的分配任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間段。
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